IL PONTE GONFIABILE

 

Premessa

Le strutture pneumatiche sono sistemi tensostrutturali nei quali sia la forma che la portanza è determinata dalla differenza di pressione tra l’involucro interno e quella atmosferica; i materiali costituenti questo tipo di strutture sono tessuti estremamente leggeri e rendono in questo modo il sistema strutturale estremamente efficiente in termini di rapporto peso portato/peso portante. E’ chiaro che per funzionare, hanno bisogno dell’attività di un compressore il che rende la struttura in un certo senso “viva” per rispondere sia agli incrementi di carico inaspettati o alle perdite di pressione improvvise.

In questo articolo si presenta il progetto di un ponte pedonale gonfiabile presentato in occasione del concorso per i ponti temporanei del Giubileo 2000 a Roma, progetto menzionato dalla giuria che ha poi ottenuto riconoscimenti e attenzione anche all’Estero.

Nel descrivere tecnicamente la particolare soluzione adottata, piuttosto originale anche nel panorama delle tipologie del gonfiabile fino ad ora sperimentate, si vuole riportare l’attenzione del lettore su questo tipo di strutture, forse troppo in fretta passate di moda dopo i fasti della fine degli anni ’60.


Le scelte progettuali

L’idea portante dell'intero progetto è quella di una struttura pneumatica, una camera d'aria che riduca al minimo i tempi di assemblaggio del ponte riducendoli al semplice gonfiaggio della struttura e al successivo montaggio dell'impalcato superiore.

Assieme alla definizione della filosofia della struttura vengono, di conseguenza, scelti i materiali con il più basso carico permanente possibile: in pratica è l'aria compressa che funge da elemento strutturale portante, insieme naturalmente, alla camera d'aria che la confina e allo stesso impalcato superiore pensato di materiale plastico semitrasparente.

Anche gli elementi reticolari sui quali si appoggia il percorso pedonale sono pneumatici e gonfiati assieme ai due archi parabolici principali. Si realizza in questo modo una tensostruttura leggera, che sfrutta il materiale in tutta la sua potenzialità a trazione e la pressione dell'aria per scaricare le compressioni dell’arco parabolico principale.

Si ottiene una forma slanciata, stabile, sinuosa, sicura, al tempo stesso pratica, rispettosa delle regole del costruire, quasi avveniristica almeno nel suo modo di concepire l'involucro e per l'applicazione del pneumatico non solo all’effimero o al precario, ma come esperimento su un qualcosa di solido e stabile come un ponte.


Descrizione sintetica delle soluzioni di accessibilità

Si accede all’impalcato principale attraverso due rampe scale laterali, che vengono proposte, in prima analisi, in un'unica rampa per lato, ma che si potrebbe anche agevolmente conformare in più rampe, forse più agevoli.

Per l'accesso ai disabili si prevede una piattaforma elevatrice in corrispondenza delle testate del ponte per superare il primo dislivello di circa 3m. Il ponte pedonale vero e proprio avrà una pendenza massima dell'8%.









 

Descrizione delle caratteristiche tecniche

Il ponte pedonale ha una luce netta, tra gli appoggi, di circa 48m ed è composto da due tubi principali ad asse parabolico (diametro di 0.80m), disposti in modo sghembo nello spazio in maniera da trovarsi ravvicinati in mezzaria e più lontani agli appoggi. Ha una luce netta in mezzaria di circa 5.5m, rispettosa quindi delle norme sul traffico.

I due archi e la struttura reticolare soprastante vengono gonfiati in corrispondenza delle quattro basi di ancoraggio a terra, che contengono le apparecchiature necessarie.

Il materiale con cui si pensa realizzata la struttura è un tessuto in fibra di vetro ricoperto in Teflon. Tale tessuto offre una discreta deformabilità, rispetto per esempio a quelli in poliestere, e una durata paragonabile a quella delle stru
tture tradizionali ritenendo, in tal modo, che possa essere omessa qualsiasi tipo di manutenzione per almeno 10 anni sulle strutture esposte agli agenti atmosferici. Lo stesso tipo di tessuto viene certificato per garantire la resistenza al fuoco di classe 1.

L'impalcato è pensato in materiale plastico semitrasparente, suddiviso in pannelli facilmente trasportabili e irrigidito da nervature incrociate.

Dall'analisi dei carichi permanenti e accidentali si ha, per questa struttura, un rapporto tra peso portante e peso portato di circa 0.07 con un carico permanente della sola struttura portante pneumatica di circa 660 N/m e quindi veramente modesto, nei confronti del carico accidentale portato che è di 12000N/m.

I quattro basamenti sono tra di loro collegati mediante un fascio di cavi in acciaio armonico in tensione ad eliminare la spinta orizzontale del ponte che risulta essere nell'ordine dei 600000 N. Tali cavi saranno posizionati appena sotto la sovrastruttura stradale in modo da non interferire con il traffico veicolare.

Per scongiurare l'eventuale pericolo di forature della camera d'aria, si predispone un carter in materiale plastico rigido a protezione dell’unico tratto facilmente accessibile.


 

Descrizione della soluzione tecnologica proposta per il montaggio e lo smontaggio della struttura


E' possibile individuare 4 fasi operative di montaggio del ponte:

1. Posizionamento delle strutture di ancoraggio

Vengono posizionati i quattro basamenti prefabbricati (due per parte) e ancorati a terra mediante opportuni tirafondi.

2. Trasporto della struttura pneumatica

La struttura pneumatica gonfiabile viene trasportata in loco (con un normale bilico) e con l'aiuto di un'autogrù si effettua la posa a piè d'opera.

3. Posa in opera

La struttura pneumatica viene stesa e, fissati i tubi strutturali agli apparecchi di pompaggio e di ancoraggio, si inietta aria fin quando il ponte non raggiunge la sua configurazione finale.

4. Opere di completamento

Si serra il cavo in trazione posto sotto la massicciata stradale e si completa il ponte pedonale con la posa in opera dei pannelli dell’impalcato, delle rampe scala e delle piattaforme elevatrici in testata.


Le operazioni appena descritte, se eseguite con una squadra di operai specializzati ed organizzando il cantiere in modo efficiente, possono essere svolte nell’arco di una notte (circa 6/8 ore) non impegnando quindi nelle ore di punta la sede stradale attraversata dal ponte.


Risulta evidente che nella fase di normale utilizzo l'intera struttura sarà costantemente monitorata con apparecchiature (manometro + pompe inserite nei 4 basamenti) tali da mantenere costante la pressione dell’aria al suo interno.

In modo inverso a come viene assemblato, ossia estraendo l’aria dal suo interno, viene anche dismesso e trasportato in un'altro sito, esaltando la sua definizione di struttura a carattere temporaneo.


Il materiale utilizzato per le strutture portanti del ponte (si intendono i due tubi portanti principali e le reticolari di sostegno dell'impalcato), è una camera d'aria in fibra di vetro e Teflon dello spessore di circa 3mm. L'impalcato si prevede in pannelli di materiale plastico traslucido, in modo da lasciare trasparire la struttura sottostante e creare un ponte di luce con un'adeguata illuminazione notturna.

I pannelli sono posati sui puntoni compressi della reticolare pneumatica facente corpo unico con gli archi portanti che, a loro volta, sono stabilizzati in senso orizzontale mediante una serie di croci di cavi in acciaio armonico, tesi una volta posizionati i pannelli.

Si è già accennato ai ridotti carichi permanenti di questa soluzione; rimane da ribadire il peso totale della struttura
portante pneumatica di soli 30000 N, che permette di potere realizzare delle fondazioni superficiali. In totale si hanno circa 2mc di camera d'aria in materiale plastico, compresi i collegamenti orizzontali tra i due archi portanti, esclusi i pannelli di impalcato superiore. A livello di scavi non sono necessarie grosse opere perché i quattro plinti supporti dei tubi possono tranquillamente essere posati sulla massicciata laterale distribuendo a terra, con la loro superficie, il ridotto carico dell’intera struttura.

Nel caso non si vogliano eseguire fissaggi a terra troppo impegnativi in corrispondenza dei basamenti, si prevede poi l'inserimento e il successivo serraggio di un cavo per contrastare la spinta orizzontale del ponte, che verrà inserito al livello della massicciata stradale, previo eventuale taglio della sovrastruttura (fase operativa n°4, descritta in precedenza).



Sviluppi futuri della soluzione pneumatica

Il futuro, per questo tipo di strutture ad alta pressione, si chiama VECTRAN: un materiale composto da diversi strati tessuti e intrecciati ad altissima resistenza alla trazione e praticamente inattaccabile. Vengono così a cadere i limiti sulla pressione massima di gonfiaggio, che come abbiamo visto è direttamente correlata alla portanza della struttura e quelli sulla tipica vulnerabilità di queste tipologie agli atti vandalici. Tubolari realizzati con questo nuovo materiale resistono infatti alla pressione di 200 bar e sopportano persino il colpo di un proiettile da rivoltella, intrappolando il colpo negli strati di tessuto che formano la camera d’aria.

E’ stato usato dalla NASA per realizzare gli “air bag” del Pathfinder sceso sulla superficie marziana rimbalzando più volte, e protetto proprio da una serie di palloni in Vectran.


Tornando sulla Terra, l’applicazione di questo tipo di strutture a ponte può essere interessante in molti campi, dal noleggio di strutture per fiere o esposizioni temporanee in genere, alla protezione civile che potrebbe utilizzare attraversamenti gonfiabili in caso di grandi emergenze quando i manufatti tradizionali sono resi inaccessibili o fuori servizio; manca a questo punto il committente illuminato che sappia guardare avanti, anche se non fino a Marte, per dare a questa tipologia la spinta decisiva nel mondo delle costruzioni.